專利名稱：一種利用網絡分析儀定位、跟蹤動態信號的方法及系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種動態信號的測試技術，尤其涉及一種利用網絡分析儀定位和跟蹤被測動態信號、以確定其頻譜信息的方法及系統，屬于測試技術領域。
背景技術：
現有技術中，矢量網絡分析儀是用于測試動態信號的常用設備，其主要用于測試被測件在測量范圍內指定頻率點的幅度及相位信息，但無法主動定位輸入信號的幅頻信息。而在雷達測控及變頻器測量等諸多應用當中，亟需分析儀確定地知道被測信號的幅頻信息并進行跟蹤測量，以取得最佳測量效果。因此，以往的被測信號定位與跟蹤往往需要結合使用硬件鎖相模塊(PLL電路)予以實現，即將被測信號和矢量網絡分析儀的源信號置于一個鎖相環內，鎖相后的信號再經過下變頻等處理轉換為中頻信號，最后送入數字處理模塊得到最終的測量信息。如此則需要對原有測量儀器進行改動，增設硬件鎖相模塊，增加了測試成本，使得測量儀器的靈活性和擴展性受到極大限制。
因此，能否設計一種全新的定位、跟蹤動態信號的方法及系統，無需專門的鎖相硬件，無需改動原有儀器，也能實現動態信號的定位和跟蹤，成為本領域技術人員亟待解決的技術難題。發明內容
為了解決上述技術問題，本發明旨在提供一種利用網絡分析儀定位和跟蹤被測動態信號、以確定其頻譜信息的方法及系統，其利用矢量網絡分析儀本身的數字中頻特性結合特定的方法步驟鎖定被測信號，實現定位和跟蹤。其采用的技術方案如下
該利用網絡分析儀定位、跟蹤動態信號的方法包括如下步驟
1)信號采集步驟矢量網絡分析儀通過信號采集模塊進行信號采集；
2)信號定位步驟設置矢量網絡分析儀為測量信號模式和寬中頻帶寬，在用戶指定頻率范圍內掃描被測信號，通過極值搜索、分析和鏡頻抑制，逐步縮小頻率搜索范圍和矢量網絡分析儀的中頻帶寬，分析輸入信號頻譜，給出被測信號的幅頻信息；
3)信號跟蹤步驟在雙通道中設置矢量網絡分析儀為較窄的中頻帶寬，利用數字中頻濾波器的線性頻率、相位關系計算得到最終的被測信號頻率，實現實時跟蹤。
優選地，該方法中還包括用戶交互步驟。
優選地，所述信號定位步驟包括如下子步驟
2. 1)將矢量網絡分析儀設置為如下測量信號模式單通道、掃頻特性、絕對幅值格式、寬中頻帶寬，使輸入到矢量網絡分析儀的被測信號，經過分析儀的測量通道直接進入數字中頻處理模塊，得到被測信號全頻率帶寬內的幅度信息；
2. 2)分析測量數據，通過矢量網絡分析儀的光標搜索功能得到用戶指定頻率范圍內的極值，分析極值所在頻率是否為鏡頻信號并對鏡頻信號進行去除，去除鏡頻信號是通過改變矢量網絡分析儀測量點數，重新掃描并分析測量結果，如果此極值所在頻率是鏡頻信號則改變掃描點數后將搜索不到此極值；鏡頻去除后得到的極值所在頻率即是被測信號的粗略頻譜信息；
2. 3)改變矢量網絡分析儀搜索條件，采用逐次逼近法，減小矢量網絡分析儀的中頻帶寬并縮小頻率搜索范圍，重復2. 2步驟中的極值分析和鏡頻抑制步驟，分析兩次搜索結果，如果兩次頻率之差小于分析儀中頻帶寬，則存儲最后一次搜索結果成功退出信號定位模塊，如果極值搜索失敗或者重復搜索次數超出用戶指定范圍，則提示失敗并退出。
優選地，所述信號跟蹤步驟包括如下子步驟
3. 1)將矢量網絡分析儀設置為如下跟蹤信號模式雙通道、點頻特性、相位模式、 比值格式、窄中頻帶寬；
3.2)分析測量數據，當被測信號位于矢量網絡分析儀中頻帶寬內時，利用最小二乘法對被測信號的時間、相位特性進行線性擬合；
3. 3)計算出當前的誤差頻率，據此設置矢量網絡分析儀的當前掃描頻率；
3.4)重復步驟3. 3，直至頻率誤差在用戶設置允許的范圍內。
本發明還公開了一種利用網絡分析儀定位、跟蹤動態信號的系統，其包括有
信號采集模塊矢量網絡分析儀通過該信號采集模塊進行信號采集；
信號定位模塊設置矢量網絡分析儀為測量信號模式和寬中頻帶寬，在用戶指定頻率范圍內掃描被測信號，通過極值搜索、分析和鏡頻抑制，逐步縮小頻率搜索范圍和矢量網絡分析儀的中頻帶寬，分析輸入信號頻譜，給出被測信號的幅頻信息；
信號跟蹤模塊在雙通道中設置矢量網絡分析儀為較窄的中頻帶寬，利用數字中頻濾波器的線性頻率、相位關系計算得到最終的被測信號頻率，實現實時跟蹤。
優選地，該系統中還包括用戶交互模塊。
優選地，所述信號定位模塊包括如下子模塊
定位設置子模塊將矢量網絡分析儀設置為如下測量信號模式單通道、掃頻特性、絕對幅值格式、寬中頻帶寬，使輸入到矢量網絡分析儀的被測信號，經過分析儀的測量通道直接進入數字中頻處理模塊，得到被測信號全頻率帶寬內的幅度信息；
定位分析子模塊分析測量數據，通過矢量網絡分析儀的光標搜索功能得到用戶指定頻率范圍內的極值，分析極值所在頻率是否為鏡頻信號并對鏡頻信號進行去除，去除鏡頻信號是通過改變矢量網絡分析儀測量點數，重新掃描并分析測量結果，如果此極值所在頻率是鏡頻信號則改變掃描點數后將搜索不到此極值；鏡頻去除后得到的極值所在頻率即是被測信號的粗略頻譜信息；
定位搜索子模塊改變矢量網絡分析儀搜索條件，采用逐次逼近法，減小矢量網絡分析儀的中頻帶寬并縮小頻率搜索范圍，重復執行定位分析子模塊中的極值分析和鏡頻抑制，分析兩次搜索結果，如果兩次頻率之差小于分析儀中頻帶寬，則存儲最后一次搜索結果成功退出信號定位模塊，如果極值搜索失敗或者重復搜索次數超出用戶指定范圍，則提示失敗并退出。
優選地，所述信號跟蹤模塊包括如下子模塊
跟蹤設置子模塊將矢量網絡分析儀設置為如下跟蹤信號模式雙通道、點頻特性、相位模式、比值格式、窄中頻帶寬；
跟蹤分析子模塊分析測量數據，當被測信號位于矢量網絡分析儀中頻帶寬內時，利用最小二乘法對被測信號的時間、相位特性進行線性擬合；
掃描頻率重置子模塊計算出當前的誤差頻率，據此設置矢量網絡分析儀的當前掃描頻率；
跟蹤完成子模塊重復運行掃描頻率重置子模塊，直至頻率誤差在用戶設置允許的范圍內。
與現有技術相比，本發明具有如下優點
采用現有測量儀器結合方法步驟來定位并跟蹤被測信號，無需專門的鎖相硬件， 無需改動原有儀器，僅利用矢量網絡分析儀的本身數字中頻特性，利用算法鎖定被測信號， 靈活易用、節約成本、可擴展性強。


圖1 本發明的利用網絡分析儀定位、跟蹤動態信號的方法流程圖2 圖1中的信號定位步驟的流程圖3 圖1中的信號跟蹤步驟的流程圖4 本發明的利用網絡分析儀定位、跟蹤動態信號的系統結構示意圖。
具體實施方式
下面先簡述發明原理
無需硬件PLL鎖相方式來鎖定外部輸入信號，利用測試儀器中已有的矢量網絡分析儀結合特定的信號定位、跟蹤步驟(可采用軟件算法功能模塊來實現)即可實現定位和跟蹤被測信號利用矢量網絡分析儀的數字中頻處理模塊的不同帶寬的數據處理能力，在單通道中設置矢量網絡分析儀為較寬的中頻帶寬，在用戶指定頻率范圍內掃描被測信號， 然后在雙通道中設置矢量網絡分析儀為較窄的中頻帶寬，利用數字中頻濾波器的線性頻率、相位關系計算得到最終的被測信號頻率。從而降低測試成本，提高測量靈活性和可擴展性。
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明
如圖1所示，該利用網絡分析儀定位、跟蹤動態信號的方法包括如下步驟
1)信號采集步驟矢量網絡分析儀通過信號采集模塊進行信號采集；
2)信號定位步驟設置矢量網絡分析儀為測量信號模式和寬中頻帶寬(此處的 “寬”是相對于步驟3中的中頻帶寬而言，下同)，在用戶指定頻率范圍內掃描被測信號，通過極值搜索、分析和鏡頻抑制，逐步縮小頻率搜索范圍和矢量網絡分析儀的中頻帶寬，分析輸入信號頻譜，給出被測信號的幅頻信息；
3)信號跟蹤步驟在雙通道中設置矢量網絡分析儀為較窄的中頻帶寬(此處的 “窄”是相對于步驟2中的中頻帶寬而言，下同)，利用數字中頻濾波器的線性頻率、相位關系計算得到最終的被測信號頻率，實現實時跟蹤。
該方法中還可包括用戶交互步驟，用戶根據實際測試需要，在測試的各個步驟、階段中輸入測試參數、設置交互界面(例如對話框)等，這在現有測控技術中十分常見，在此不再贅述。
該方法的主要內容分為兩部分，一是步驟2的信號定位步驟，二是步驟3的信號跟蹤步驟。
圖2是信號定位步驟的流程圖，用于進行被測信號的定位。其具體包括如下子步驟
2. 1)將矢量網絡分析儀設置為如下測量信號模式單通道、掃頻特性、絕對幅值格式、寬中頻帶寬，使輸入到矢量網絡分析儀的被測信號，經過分析儀的測量通道直接進入數字中頻處理模塊，得到被測信號全頻率帶寬內的幅度信息；
2. 2)分析測量數據，通過矢量網絡分析儀的光標搜索功能得到用戶指定頻率范圍內的極值，分析極值所在頻率是否為鏡頻信號并對鏡頻信號進行去除，去除鏡頻信號是通過改變矢量網絡分析儀測量點數，重新掃描并分析測量結果，如果此極值所在頻率是鏡頻信號則改變掃描點數后將搜索不到此極值；鏡頻去除后得到的極值所在頻率即是被測信號的粗略頻譜信息；
2. 3)改變矢量網絡分析儀搜索條件，采用逐次逼近法，減小矢量網絡分析儀的中頻帶寬并縮小頻率搜索范圍，重復2. 2步驟中的極值分析和鏡頻抑制步驟，分析兩次搜索結果，如果兩次頻率之差小于分析儀中頻帶寬，則存儲最后一次搜索結果成功退出信號定位模塊，如果極值搜索失敗或者重復搜索次數超出用戶指定范圍，則提示失敗并退出。
圖3是信號跟蹤步驟流程圖，用于進行被測信號的定位。其具體包括如下子步驟
3. 1)將矢量網絡分析儀設置為如下跟蹤信號模式雙通道、點頻特性、相位模式、 比值格式、窄中頻帶寬；
3. 2)分析測量數據，當被測信號位于矢量網絡分析儀中頻帶寬內(步驟2. 3中存儲的搜索結果)時，利用最小二乘法對被測信號的時間、相位特性進行線性擬合；
矢量網絡分析儀的群延遲可用如下公示計算￡>g =卻⑷)/徹，其中ω是角頻率，爐為頻響的相位特性函數；矢量網絡分析儀的數據處理部分采用數字濾波技術，數字低通濾波器的通帶內擁有線性相位特性，利用這兩者的關系可以推出如下的公式Af = Δ θ/Δω。在被測信號位于數字中頻帶寬內時，利用最小二乘法的線性擬合算法，對被測信號的時間相位特性進行擬合，從而可以快速計算得出被測信號的準確頻率信息。頻率準確度由矢量網絡分析儀的最小中頻帶寬確定(一般為IHz)。
3. 3)計算出當前的誤差頻率，據此設置矢量網絡分析儀的當前掃描頻率；
3. 4)重復步驟3. 3，直至頻率誤差在用戶設置允許的范圍內。
基于上述步驟的信號跟蹤，在分析儀掃描中的合適時刻，實時跟蹤被測信號。
如圖4所示，本發明還公開了一種利用網絡分析儀定位、跟蹤動態信號的系統，其包括有
信號采集模塊矢量網絡分析儀通過該信號采集模塊進行信號采集；
信號定位模塊設置矢量網絡分析儀為測量信號模式和寬中頻帶寬(此處的“寬” 是相對于信號跟蹤模塊中的中頻帶寬而言，下同)，在用戶指定頻率范圍內掃描被測信號， 通過極值搜索、分析和鏡頻抑制，逐步縮小頻率搜索范圍和矢量網絡分析儀的中頻帶寬，分析輸入信號頻譜，給出被測信號的幅頻信息；
信號跟蹤模塊在雙通道中設置矢量網絡分析儀為較窄的中頻帶寬(此處的“窄” 是相對于信號定位模塊中的中頻帶寬而言，下同)，利用數字中頻濾波器的線性頻率、相位關系計算得到最終的被測信號頻率，實現實時跟蹤。
該系統中還可包括用戶交互模塊，用戶根據實際測試需要，在測試的各個步驟、階段中輸入測試參數、設置交互界面(例如對話框)等，這在現有測控技術中十分常見，在此不再贅述。
信號定位模塊包括如下子模塊
定位設置子模塊將矢量網絡分析儀設置為如下測量信號模式單通道、掃頻特性、絕對幅值格式、寬中頻帶寬，使輸入到矢量網絡分析儀的被測信號，經過分析儀的測量通道直接進入數字中頻處理模塊，得到被測信號全頻率帶寬內的幅度信息；
定位分析子模塊分析測量數據，通過矢量網絡分析儀的光標搜索功能得到用戶指定頻率范圍內的極值，分析極值所在頻率是否為鏡頻信號并對鏡頻信號進行去除，去除鏡頻信號是通過改變矢量網絡分析儀測量點數，重新掃描并分析測量結果，如果此極值所在頻率是鏡頻信號則改變掃描點數后將搜索不到此極值；鏡頻去除后得到的極值所在頻率即是被測信號的粗略頻譜信息；
定位搜索子模塊改變矢量網絡分析儀搜索條件，采用逐次逼近法，減小矢量網絡分析儀的中頻帶寬并縮小頻率搜索范圍，重復執行定位分析子模塊中的極值分析和鏡頻抑制，分析兩次搜索結果，如果兩次頻率之差小于分析儀中頻帶寬，則存儲最后一次搜索結果成功退出信號定位模塊，如果極值搜索失敗或者重復搜索次數超出用戶指定范圍，則提示失敗并退出。
信號跟蹤模塊用于進行被測信號的定位。其具體包括如下子模塊
跟蹤設置子模塊將矢量網絡分析儀設置為如下跟蹤信號模式雙通道、點頻特性、相位模式、比值格式、窄中頻帶寬；
跟蹤分析子模塊分析測量數據，當被測信號位于矢量網絡分析儀中頻帶寬內時， 利用最小二乘法對被測信號的時間、相位特性進行線性擬合；
掃描頻率重置子模塊計算出當前的誤差頻率，據此設置矢量網絡分析儀的當前掃描頻率；
跟蹤完成子模塊重復運行掃描頻率重置子模塊，直至頻率誤差在用戶設置允許的范圍內。
上面以舉例方式對本發明進行了說明，但本發明不限于上述具體實施例，凡基于本發明所做的任何改動或變型均屬于本發明要求保護的范圍。
權利要求
1.一種利用網絡分析儀定位、跟蹤動態信號的方法，其特征在于，包括如下步驟1)信號采集步驟矢量網絡分析儀通過信號采集模塊進行信號采集；2)信號定位步驟設置矢量網絡分析儀為測量信號模式和寬中頻帶寬，在用戶指定頻率范圍內掃描被測信號，通過極值搜索、分析和鏡頻抑制，逐步縮小頻率搜索范圍和矢量網絡分析儀的中頻帶寬，分析輸入信號頻譜，給出被測信號的幅頻信息；3)信號跟蹤步驟在雙通道中設置矢量網絡分析儀為較窄的中頻帶寬，利用數字中頻濾波器的線性頻率、相位關系計算得到最終的被測信號頻率，實現實時跟蹤。
2.如權利要求1所述的一種利用網絡分析儀定位、跟蹤動態信號的方法，其特征在于， 該方法中還包括用戶交互步驟。
3.如權利要求1所述的一種利用網絡分析儀定位、跟蹤動態信號的方法，其特征在于， 所述信號定位步驟包括如下子步驟2. 1)將矢量網絡分析儀設置為如下測量信號模式單通道、掃頻特性、絕對幅值格式、 寬中頻帶寬，使輸入到矢量網絡分析儀的被測信號，經過分析儀的測量通道直接進入數字中頻處理模塊，得到被測信號全頻率帶寬內的幅度信息；2. 2)分析測量數據，通過矢量網絡分析儀的光標搜索功能得到用戶指定頻率范圍內的極值，分析極值所在頻率是否為鏡頻信號并對鏡頻信號進行去除，去除鏡頻信號是通過改變矢量網絡分析儀測量點數，重新掃描并分析測量結果，如果此極值所在頻率是鏡頻信號則改變掃描點數后將搜索不到此極值；鏡頻去除后得到的極值所在頻率即是被測信號的粗略頻譜信息；2.3)改變矢量網絡分析儀搜索條件，采用逐次逼近法，減小矢量網絡分析儀的中頻帶寬并縮小頻率搜索范圍，重復2. 2步驟中的極值分析和鏡頻抑制步驟，分析兩次搜索結果， 如果兩次頻率之差小于矢量網絡分析儀中頻帶寬，則存儲最后一次搜索結果并成功退出信號定位模塊，如果極值搜索失敗或者重復搜索次數超出用戶指定范圍，則提示失敗并退出。
4.如權利要求1所述的一種利用網絡分析儀定位、跟蹤動態信號的方法，其特征在于， 所述信號跟蹤步驟包括如下子步驟3.1)將矢量網絡分析儀設置為如下跟蹤信號模式雙通道、點頻特性、相位模式、比值格式、窄中頻帶寬；3. 2)分析測量數據，當被測信號位于矢量網絡分析儀中頻帶寬內時，利用最小二乘法對被測信號的時間、相位特性進行線性擬合；3. 3)計算出當前的誤差頻率，據此設置矢量網絡分析儀的當前掃描頻率；3. 4)重復步驟3. 3，直至頻率誤差在用戶設置允許的范圍內。
5.一種利用網絡分析儀定位、跟蹤動態信號的系統，其特征在于，其包括有信號采集模塊矢量網絡分析儀通過該信號采集模塊進行信號采集；信號定位模塊設置矢量網絡分析儀為測量信號模式和寬中頻帶寬，在用戶指定頻率范圍內掃描被測信號，通過極值搜索、分析和鏡頻抑制，逐步縮小頻率搜索范圍和矢量網絡分析儀的中頻帶寬，分析輸入信號頻譜，給出被測信號的幅頻信息；信號跟蹤模塊在雙通道中設置矢量網絡分析儀為較窄的中頻帶寬，利用數字中頻濾波器的線性頻率、相位關系計算得到最終的被測信號頻率，實現實時跟蹤。
6.如權利要求5所述的一種利用網絡分析儀定位、跟蹤動態信號的系統，其特征在于，該系統中還包括用戶交互模塊。
7.如權利要求5所述的一種利用網絡分析儀定位、跟蹤動態信號的系統，其特征在于， 所述信號定位模塊包括如下子模塊定位設置子模塊將矢量網絡分析儀設置為如下測量信號模式單通道、掃頻特性、絕對幅值格式、寬中頻帶寬，使輸入到矢量網絡分析儀的被測信號，經過分析儀的測量通道直接進入數字中頻處理模塊，得到被測信號全頻率帶寬內的幅度信息；定位分析子模塊分析測量數據，通過矢量網絡分析儀的光標搜索功能得到用戶指定頻率范圍內的極值，分析極值所在頻率是否為鏡頻信號并對鏡頻信號進行去除，去除鏡頻信號是通過改變矢量網絡分析儀測量點數，重新掃描并分析測量結果，如果此極值所在頻率是鏡頻信號則改變掃描點數后將搜索不到此極值；鏡頻去除后得到的極值所在頻率即是被測信號的粗略頻譜信息；定位搜索子模塊改變矢量網絡分析儀搜索條件，采用逐次逼近法，減小矢量網絡分析儀的中頻帶寬并縮小頻率搜索范圍，重復執行定位分析子模塊中的極值分析和鏡頻抑制， 分析兩次搜索結果，如果兩次頻率之差小于分析儀中頻帶寬，則存儲最后一次搜索結果并成功退出信號定位模塊，如果極值搜索失敗或者重復搜索次數超出用戶指定范圍，則提示失敗并退出。
8.如權利要求5所述的一種利用網絡分析儀定位、跟蹤動態信號的系統，其特征在于， 所述信號跟蹤模塊包括如下子模塊跟蹤設置子模塊將矢量網絡分析儀設置為如下跟蹤信號模式雙通道、點頻特性、相位模式、比值格式、窄中頻帶寬；跟蹤分析子模塊分析測量數據，當被測信號位于矢量網絡分析儀中頻帶寬內時，利用最小二乘法對被測信號的時間、相位特性進行線性擬合；掃描頻率重置子模塊計算出當前的誤差頻率，據此設置矢量網絡分析儀的當前掃描頻率；跟蹤完成子模塊重復運行掃描頻率重置子模塊，直至頻率誤差在用戶設置允許的范圍內。
全文摘要
本發明涉及動態信號的測試技術，屬于測試技術領域，尤其涉及一種利用網絡分析儀定位和跟蹤被測動態信號、以確定其頻譜信息的方法及系統，其利用矢量網絡分析儀的數字中頻處理模塊的不同帶寬的數據處理能力，在單通道中設置矢量網絡分析儀為較寬的中頻帶寬，在用戶指定頻率范圍內掃描被測信號，在雙通道中設置矢量網絡分析儀為較窄的中頻帶寬，利用數字中頻濾波器的線性頻率、相位關系計算得到最終的被測信號頻率，從而降低測試成本，提高測量靈活性和可擴展性。
文檔編號H04B17/00GK102497236SQ20111036264
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月16日 優先權日2011年11月16日
發明者劉丹, 孫朋德, 李明太, 李樹彪, 趙學強, 趙立軍, 郭永瑞 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所